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单国瑞:欧洲电力系统转型的经验

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近年来,欧洲成为未来电力系统的试验室,其“新常态”也将成为未来中国电力行业的“新常态”。以下是欧洲能源转型早期的发展情况。

今年七月初,丹麦风力发电为本国创纪录地提供了连续两晚高达140%的耗电量,然后半天内,在电力系统没有受到任何干扰的情况下将其几乎降为零。同样地,3月20日上午日食期间,德国电网运营商成功处理了太阳能光伏发电高达39,000兆瓦容量的快速波动。

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图1: 2015年7月9日丹麦电力供应曲线

以上两个例子说明,未来欧洲电力系统将会完全区别于上个世纪以化石燃料和核能发电为基础的电力系统,未来欧洲电力系统将以风能和太阳能的电力生产为支柱,而剩下的火力发电厂(化石燃料和核能)将会适应负载的变化和风能和太阳能发电量的变化。德国能源转型研究机构Agora Energiewende对欧洲进行的最新研究表明,到2040年,基本负荷发电机组将会在欧洲退出历史舞台(基本负荷发电机组在更长时间内24小时满负荷运行,通常在一年8760小时中满负荷运行约6000小时甚至更长时间)。

要如何在不危及到供电安全的情况下实现该计划呢?关键就是动力系统的“灵活性”。有了灵活的发电厂、灵活的输电线路,灵活的需求也将能够得到满足,欧洲的发展历程已经证明了这一点。在未来,电力的存储或许将是灵活性工作箱中的额外工具。但就欧洲的发展来看,解决大量的可变电力存储问题并不一定需要耗费大量的资金。

中国也在考虑进行深刻的能源系统变革——中国的“能源革命”就是要提高可再生能源的比例。那么中国能从欧洲的发展历程中学习到什么呢?

 

我认为,中国可以从以下四点中学习欧洲能源转型的经验:

  1. 化石燃料发电厂可具有较大灵活性

在丹麦,燃煤电厂的发电量可低至装机容量的10%,它们可以迅速地改变发电量的多少并快速启动。这些发电厂最初建造时在灵活性方面并不具备良好的特性;其灵活性是通过缜密的试验和改进过程而开发。其主要成就的实现得益于对发电厂控制中心的修整和改造,而不是大规模的新投资。

中国火力发电厂与丹麦的火力发电厂十分相似,大部分中国的发电厂的技术甚至更先进。因此,对于中国发电厂而言,创造出与丹麦发电厂相同的灵活性并不存在技术难题。

  1. 在电力系统中,有必要为创造灵活性而建立以小时计价的高效电力市场

发电厂的所有者仅在对其有利益的前提下才考虑灵活的操作。他们要么是从灵活性中获利,要么则是因不具灵活性而受到处罚。在欧洲市场系统中,每小时的单位价格高低取决于供求关系。发电厂所有者会在价格高时(产量下降或者需求增加)增加生产,而在价格低时(产量提升或需求减少)停止生产。如果发电厂缺乏灵活性,发电成本就会比电力价格高,那么你将会开始亏本。

在中国,电力生产商在灵活性方面享受不到经济上的激励。相反,如果他们尝试用灵活性的标准来经营发电厂,他们反而会亏本并失去市场份额。这是中国在发展大规模风能和太阳能发电时存在的最大障碍之一,同时这也在很大程度上解释了为什么中国习惯于削减风力发电的生产,而这种做法在欧洲是相当罕见的。幸运的是,中国政府目前正在着力于推动电力市场改革,希望能为灵活性电力系统创造必需的激励因素。

  1. 电力传输系统必须庞大而灵活

欧洲的发展历程清楚地表明,庞大的电力传输系统使多变的能源更有效地融为一体。因为在整个欧洲,风速和太阳能辐射是不同的,因此输电系统能够通过整合更多的区域而减少风电以及太阳能发电的多变性至关重要,这通常也被称作为“平滑效应”。但是这也要求电力传输系统可以做到灵活运行。如果配送的输电线路运行的模式是固定的,例如,每月是固定不变的,但是由于风电和太阳能发电在日常中是可以提前预测的,并且往往会做到在操作的当天显示出与之前预测的不同,那么这种固定的输电运行模式在提高风能和太阳能发电利用效率方面则不能发挥重要作用。。

中国的电力传输系统在最近的十年间得到了迅速的发展,规模巨大的长距离高压输电通道正在建成或正处于规划阶段。但这些传输通道并不是以灵活的方式进行配送,长距离大规模输电通道通常是计划将基本负荷电量传输到负荷中心,其对于大规模可再生能源电力并网来讲,这是一个巨大的障碍。同样,中国的电力传输网络应该成为未来中国能源市场的一部分并遵循市场价格信号进行运作。

  1. 电力部门的观念转变

过去的二十年中,在欧洲典型的老派电力部门中担任首席执行官并非易事。在那之前,他所领导的是一个可以决定发电时间和发电方式的大型垄断公司,而公司的客户不可能流向另一个公司,同时其他竞争者不被允许参与这一领域的竞争。然而今非昔比,火力发电厂受到可再生能源的冲击,客户可以自由选择其他的供应商甚至可以选择分布式发电自己进行电力生产。现在输电网的所有权和经营权均属于独立的系统运营商,他们都在追求生产利润的同时也视社会为一个整体。老牌电力生产商中的佼佼者已经适应新形势,也许该过程略显缓慢,但它们已经对未来成为电力部门的一员做好了准备。其他没能跟上形势变化的生厂商则仍坚持老式思维模式。而在未来他们将经历更加艰难的时期,在不久的将来他们将难以在电力市场中存活。

中国在近几年才开始进行能源转型,因而大部分电力行业的心态仍然是现有的“常态”即以煤电作为电力系统的支柱。但同样,在中国,“新常态”更多的将会变成以可再生能源为主导的更加灵活的电力系统。欧洲的发展历程告诉我们,最智慧的公司将会是幸存者,因为他们能够预见并采用未来的框架条件,同时也避免让自身陷入老式的“常态”风险中。